DD146522A1 - METHOD FOR PRODUCING JOINTS BETWEEN WIRING SUPPORT AND SEMICONDUCTOR COMPONENTS FIXED THEREFOR - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Verbindung von Bondinseln auf Halbleiterbauelementen mit den Kontaktstellen von mit Leiterzuegen versehenen Bauelementetraegern zur Herstellung hybrider Halbleiterschaltkreise. Durch die Erfindung sollen die Verbindungen mit einer besseren Kontaktzuverlaessigkeit billiger und mit einer groeszeren Haltbarkeit hergestellt werden. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen zwischen Verdrahtungstraegern und darauf befestigten Halbleiterbauelementen zu schaffen, die einen moeglichst geringen elektrischen Widerstand aufweisen und bei dem die Festigkeit der Zuleitungsdraehte auf einfache Weise in Abhaengigkeit von der Dicke der Draehte vorgegeben oder eingestellt werden kann. Erfindungsgemaesz wird die Aufgabe dadurch geloest, dasz die Verbindungen mittels thermisch behandeltem Kupferdraht durch Reibschweiszen mit zumindest teilweise beschichteten Sonotroden oder Kapillaren hergestellt werden und dasz der Kupferdraht vor der Verarbeitung in verduennter Schwefelsaeure dekapiert wird. Zum Schutz des Kupferdrahtes vor Oxidation fuer eine laengere Zeit ist es zweckmaeszig, den Draht auf an sich bekannte Weise zu chromatieren.The invention relates to a method for connecting bonding pads on semiconductor components to the contact points of printed circuit boards provided with Leiterzuegen for the production of hybrid semiconductor circuits. By the invention, the compounds with a better contact reliability are to be made cheaper and with a greater durability. The invention has for its object to provide a method for producing connections between wiring harnesses and semiconductor devices mounted thereon, which have the lowest possible electrical resistance and in which the strength of the Zuleitungsdraehte be set or adjusted in a simple manner as a function of the thickness of the wires can. According to the invention, the object is achieved by making the connections by means of thermally treated copper wire by friction welding with at least partially coated sonotrodes or capillaries and by decaporizing the copper wire in dilute sulfuric acid prior to processing. To protect the copper wire from oxidation for a long time, it is expedient to chromate the wire in a manner known per se.
Description
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Verfahren .zur Herstellung von Verbindungen zwischen Verdrahtungsträgern und darauf befestigten HalbleiterbauelementenProcess for making connections between wiring substrates and semiconductor devices mounted thereon
Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen zwischen Verdrahtungsträgern und darauf befestigten Halbleiterbauelementen, insbesondere zur Verbindung von Bondinseln auf den Halbleiterbauelementen mit den Kontaktstellen von mit Leiterzügen versehenen Bauelementeträgern zur Herstellung hybrider Halblelterschaltkreise.The invention relates to a method for producing connections between wiring substrates and semiconductor components mounted thereon, in particular for connecting bonding islands on the semiconductor components to the contact points of component carriers provided with conductor tracks for producing hybrid semiconductor circuits.
Charakteristik der bekannten technischen LösungenCharacteristic of the known technical solutions
Bei der Herstellung monolithischer oder hybrider. Halbleiterschal tkreise v/erden die Bondinseln auf den Halbleiterbauelementen mit den Kontaktstellen der Trägerstreifen oder anderer Bauelementeträger, wie beschichtete Keramiksubstrate, durch Drahtbonden verbunden. Als Bonddraht wird dabei in der Regel reiner Golddraht oder legierter Aluminiumdraht verv/endet (Peinwerktechnik, München 73 (1961) 1, S. 43), wobei die Kontaktherstellung bei Golddraht durch Thermokompression oder Thermosonic und bei Aluminiumdraht durch Ultraschallschweißen vorgenommen wird. Diese allgemein bekannten Verfahren weisen jedoch außer dem hohen Preis von Gold- oder Aluminiumdraht eine Reihe von Ifachteilen auf. So ist die Kontaktzuverlässigkeit von Aluminiumdraht auf verschiedenen Werkstoffen, beispielsweise Folienkupfer oder Dickschichtleitbahnen auf der Basis von AgPd oder AgPt, im Verhältnis zu anderen Materialpaarungen wie Au-Al gering· Ein weiterer Mangel ist in der relativ geringen Festigkeit des Drahtes selbst und der Bondstellen sowie dem für einige Anwendungsfälle zu großen elektrischen "widerstand bei der VerwendungIn the production of monolithic or hybrid. Semiconductor circuits circuit the bonding pads on the semiconductor devices to the pads of the carrier strips or other device carriers, such as coated ceramic substrates, by wire bonding. Pure gold wire or alloyed aluminum wire is generally used as the bonding wire (Peinwerktechnik, Munich 73 (1961) 1, p. 43), the contact being made with gold wire by thermocompression or thermosonic and aluminum wire by ultrasonic welding. However, these well-known methods, in addition to the high price of gold or aluminum wire, have a number of aspects. Thus, the contact reliability of aluminum wire on various materials, for example, copper foils or thick film based on AgPd or AgPt, in relation to other material pairings such as Au-Al low · Another shortcoming is the relatively low strength of the wire itself and the bonding sites and the for some applications too high electrical resistance during use
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von Gold- oder Aluminiumdraht zu sehen. Beispielsweise werden in der DE-O3 181316 5 bekannte Möglichkeiten zur Herstellung von Drahtbrücken zwischen den Kontaktflächen der Halbleiterbauelemente mit den Anschlußflächen von Kammstreifen oder Yerdrahtungsträgern aufgezeigt, wobei jedoch festgestellt wird, daß mit den Techniken wie Thermokompressions- oder Ultraschallbonden keine ausreichend haltbaren Verbindungen hergestellt werden können, wenn die Dicke der Zuleitungsdrähte etwa 0,025 mm beträgt, oder wenn für die Drahtbrücken Metalle verwendet v/erden, die eine geringere leitfähigkeit besitzen als z. B. Gold, Aluminium oder Kupfer· Darüber hinaus soll selbst dann, wenn anfänglich unter Verwendung eines Kammstreifens annehmbare: Verbindungen herstellbar sind, die Gefahr eines unbeabsichtigten Losreißens derartiger Drahtbrücken besonders groß sein, wenn während der normalen Handhabung oder durch unbeabsichtigte Biegebeanspruchung der Anordnung später Spannungen auftreten.of gold or aluminum wire to see. For example, in DE-O3 181316 5 known ways to produce wire bridges between the contact surfaces of the semiconductor devices with the pads of comb strips or Yerdrahtungsträgern shown, but it is found that with the techniques such as thermocompression or ultrasonic bonding can not be made sufficiently durable compounds if the thickness of the lead wires is about 0.025 mm, or if wires used for the wire bridges have metals which have a lower conductivity than, for example, In addition, even if initially using a comb strip, acceptable connections are to be made, the risk of unintentional breakage of such wire bridges should be particularly great when tension is applied during normal handling or unintentional flexing of the assembly occur.
Nach dem DD-V/P 133 285 ist es weiterhin bekannt, Kupferdraht mit Hilfe einer Sonotrode in einem Weichlot einzubetten. Mit diesem Verfahren ist es prinzipiell möglich, den Kupferdraht mit einer Anschlußfläche zu verbinden, die weicher als Kupfer ist. Es lassen sich aber direkt keine Verbindungen mit einer dem üblichen Drahtbonden vergleichbar hohen und gleichbleibenden Festigkeit herstellen.According to DD-V / P 133 285 it is also known to embed copper wire by means of a sonotrode in a soft solder. With this method, it is in principle possible to connect the copper wire with a pad that is softer than copper. But it can be directly no connections with the usual wire bonding produce high and consistent strength.
Ziel der ErfindungObject of the invention
Das Ziel der Erfindung besteht darin, Verbindungen zwischen Verdrahtungsträgern und darauf befestigten Halbleiterbauelementen mit einer besseren Kontaktzuverlässigkeit billiger herzustellen und eine größere Haltbarkeit der mit einer bekannten Drahtbondeinrichtung gezogenen Drahtbrücken zu erreichen.The object of the invention is to make connections between wiring substrates and semiconductor devices mounted thereon cheaper with a better contact reliability and to achieve greater durability of the wire bridges drawn with a known wire bonding device.
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Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der .Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Verbindungen zwischen Verdrahtungsträgern und darauf befestigten Halbleiterbauelementen, insbesondere zur Herstellung hybrider Halbleiterschaltkreise zu schaffen, mit dem haltbarere Verbindungen mit sowohl höherer Festigkeit der Kontaktstellen als. auch der Zuleitungsdrähte hergestellt werden können, die einen möglichst geringen elektrischen Widerstand aufweisen und bei dem die Festigkeit der Zuleitungsdrähte, auf einfache Weise in Abhängigkeit von der. Dicke der Zuleitungsdrähte· vorgegeben werden oder eingestellt werden kann.The invention has for its object to provide a method for producing connections between wiring substrates and semiconductor devices mounted thereon, in particular for the production of hybrid semiconductor circuits, with the durable compounds with both higher strength of the contact points as. Also, the lead wires can be produced, which have the lowest possible electrical resistance and in which the strength of the lead wires, in a simple manner depending on the. Thickness of the lead wires · can be specified or set.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß die Verbindungen mittels thermisch behandeltem Kupferdraht durch Reibschweißen mit zumindest teilweise· beschichteten Sonotroden oder Kapillaren hergestellt werden und daß der Kupferdraht vor der Verarbeitung in verdünnter Schwefelsäure dekapiert wird.According to the invention, the object is achieved in that the compounds are produced by means of thermally treated copper wire by friction welding with at least partially coated sonotrodes or capillaries and that the copper wire is decapitated before processing in dilute sulfuric acid.
Zum Schutz des Kupferdrahtes vor Oxidation für eine längere Zeit ist es zweckmäßig, den Draht auf an sich bekannte Weise-· zu chromatieren.To protect the copper wire from oxidation for a long time, it is desirable to chromate the wire in a manner known per se.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist es vorteilhaft, die Sonotroden oder Kapillaren mit lantalpentoxid oder Aluminiumoxid zu beschichten.In a further embodiment of the invention, it is advantageous to coat the sonotrodes or capillaries with lantalpentoxid or alumina.
Um eine besonders hohe Verschleißfestigkeit der Sonotroden zu erreichen, ist es zweckmäßig, die Sonotroden- oder Kapillarenfußfläche mit einem Diamant- oder Aluminiumoxidplättchen zu plattieren.In order to achieve a particularly high wear resistance of the sonotrodes, it is expedient to plate the sonotrode or Kapillarenfußfläche with a diamond or aluminum oxide plate.
Durch das erfindungsgemäß vorgeschlagene Verfahren wird die Festigkeit der Kontaktstellen und der Zuleitungsdrähte verbessert und der Werkzeugverschleiß verringert. Darüber hinaus lassen sich die für den jeweiligen Anwendungsfall optimalen Eigenschaften des Kupferdrahtes, wie Heißlast- und Dehnungswerte', durch eine entsprechende thermische Behandlung des nach dem Ziehen ziehhart vorliegenden Drahtes einstellen.By the method proposed according to the invention, the strength of the contact points and the lead wires is improved and the tool wear is reduced. In addition, the properties of the copper wire, such as hot load and elongation values, which are optimal for the respective application, can be adjusted by a corresponding thermal treatment of the wire which is pulled down after drawing.
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Ausführungsbeispielembodiment
Die Erfindung soll nachstehend an Hand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert werden. Zur Herstellung der Verbindungen zwischen den Bondinseln von Halbleiterbauelementen und den Kontaktstellen von mit Leiterzügen aus Folien-Kupfer- oder Dickschichtleitpasten Versehenen Bauelementeträgern kann eine der bekannten Drahtbondeinrichtungen angewendet werden, die die Enden des Bonddrahtes durch Reibschweißen mittels Ultraschall befestigt. Für die Bauelementeträger für hybride Halbleiterschaltkreise werden vorzugsweise solche Materialien wie Hartpapier, Glashartgewebe oder AlpO^-Keramik-Substrate verwendet. Insbesondere bei der Verwendung ersterer Materialien werden offensichtlich erhebliche Anforderungen an die Festigkeit und Zuverlässigkeit der Verbindungen gestellt. · Entsprechend dem neuen Verfahren wird Kupferdraht eingesetzt, der zunächst einer thermischen Behandlung unterzogen wird, um die für den jeweiligen Anwendungsfall günstigsten Reißlast- und Dehnungswerte einzustellen· Die Temperung des Kupferdrahtes erfolgt bei einer Temperatur von etwa 250 0G. In einem nachfolgenden Arbeitsgang wird der Kupferdraht zwecks Entfernung der Oxidhaut in einer 10 folgen Schwefelsäure dekapiert und danach chromatiert, um die Oxidation des Kupfers für einen längeren Zeitraum zu verhindern. Anschließend erfolgt die Verarbeitung des Drahtes, wobei die Befestigung der Drahtenden auf den Bondinseln der; Halbleiterbauelemente bzw. den Kontaktstellen auf den Leiterzügen mit solchen Sonotroden vorgenommen wird, deren Fußflächen zur Erhöhung der Verschleißfestigkeit mit Tantalpentoxid oder Aluminiumoxid beschichtet sind. Durch diese Verfahren werden höhere Scherzugfestigkeiten der Verbindungen erreicht, als bei den bekannten Verfahren unter Verwendung von AlSiI- oder Golddraht. Besonders vorteilhaft ist die Möglichkeit der Voreinstellung wesentlicher Parameter der Verbindungen und der vergleichsweise geringe elektrische 'Widerstand·The invention will be explained in more detail below with reference to an embodiment. For the production of the connections between the bonding pads of semiconductor devices and the contact points of component tracks provided with conductor tracks made of foil copper or thick-film conductive pastes, one of the known wire bonding devices can be used which fix the ends of the bonding wire by friction welding by means of ultrasound. For the component carriers for hybrid semiconductor circuits, it is preferable to use such materials as hard paper, glass dicribles or Alpo.sub.10 ceramic substrates. In particular, when using the first materials obviously considerable demands are placed on the strength and reliability of the compounds. · According to the new process copper wire is used, which is first subjected to a thermal treatment to set the most favorable for the particular application tear load and strain values · The tempering of the copper wire takes place at a temperature of about 250 0 G. In a subsequent operation, the copper wire for the purpose of removal of the oxide layer 10 in a follow sulfuric acid pickling and then passivated in order to prevent the oxidation of copper for a longer period. Subsequently, the processing of the wire, wherein the attachment of the wire ends on the bonding pads of; Semiconductor devices or the contact points on the conductor tracks is made with such sonotrodes whose foot surfaces are coated to increase the wear resistance with tantalum pentoxide or aluminum oxide. By these methods, higher shear tensile strengths of the joints are achieved than in the known methods using AlSiI or gold wire. The possibility of presetting essential parameters of the connections and the comparatively low electrical resistance is particularly advantageous.
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Die hergestellten Verbindungen zeigen darüber hinaus bei stärkerer und wechselnder Beanspruchung über einen längeren Zeitraum eine verbesserte Haltbarkeit, woraus eine bessere Zuverlässigkeit hybrider Halbleiterschaltkreise resultiert. Die besonderen Vorzüge des Verfahrens sind darin zu sehen, daß übliche Ultraschalldrahtbondeinrichtungen verwendet werden können, ohne daß eine Anpassung an besondere Verfahrensbedingungen erforderlich wäre.Moreover, the compounds produced show improved durability over a longer period of time with stronger and changing stress, resulting in better reliability of hybrid semiconductor circuits. The particular advantages of the method can be seen in the fact that conventional Ultraschalldrahtbondeinrichtungen can be used without any adaptation to special process conditions would be required.
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Cited By (1)
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1979
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